從嫦娥奔月的神話傳說到莫高窟的飛天壁畫，從戰(zhàn)國詩人屈原的《天問》到宋代詞人蘇軾的“明月幾時有，把酒問青天”，中華民族對月亮的猜測和想象從未停止。如今，我們早已開啟月球探索之旅，月亮的神秘面紗正逐步被揭開。

2004年1月23日，中國探月工程正式立項。20年來，我們見證了“嫦娥一號”“嫦娥二號”繞月飛行，“嫦娥三號”成功落月并開展月面巡視勘察，“嫦娥四號”月球背面軟著陸，“嫦娥五號”也不負(fù)眾望實現(xiàn)了我國首次地外天體無人采樣返回，奏響了中國探月工程“繞、落、回”三步走的終章強(qiáng)音。下面，就讓我們一起了解“嫦娥五號”的取壤之旅吧！

走進(jìn)中國科學(xué)技術(shù)館主展廳四層的“問鼎太空征途”展區(qū)，可以看到一件叫作“探秘‘嫦娥五號’”的展品。它展示了“嫦娥五號”著陸器與上升器1：1模型，以及“嫦娥五號”從運載發(fā)射飛往月球到采樣返回成功著陸的飛行示意圖。展品前有一個操作臺，分別點擊“探月工程”“取壤之旅”和“解密嫦娥五號”，就可以通過影片了解對應(yīng)的內(nèi)容。

與之前的4個月球探測器相比，“嫦娥五號”的技術(shù)跨度大，結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜。它由4部分組成，自下而上分別是軌道艙、返回器、著陸器和上升器，總重量達(dá)8.2噸。其中，軌道艙就像一輛“太空運轉(zhuǎn)巴士”，負(fù)責(zé)將其他三器送出去，又將返回器接回來。2020年11月24日，“嫦娥五號”搭乘“長征五號”遙五運載火箭在海南文昌發(fā)射中心緩緩升空，橫跨38萬千米前往月球。當(dāng)“嫦娥五號”進(jìn)入預(yù)定軌道后，會進(jìn)行組合體分離。其中，軌道艙帶著返回器繼續(xù)繞月飛行，而分離的著陸器和上升器組合體將降落在月面預(yù)選區(qū)域，并按計劃進(jìn)行月球表面的樣本收集工作，也就是我們俗稱的“月面挖土”。

著陸器相當(dāng)于一臺“挖掘機(jī)”，負(fù)責(zé)“挖土”重任?！版隙鹞逄枴睋碛袃煞N“挖土”方式——表取和鉆取。表取就是采用機(jī)械臂末端的固定鏟挖型采樣器，進(jìn)行表層和次表層月壤采集，實現(xiàn)多點、多次采樣；而鉆取則是使用空心鉆桿的取芯機(jī)構(gòu)，鉆到月球表面2米以下的深度對深層樣品進(jìn)行采集，其功率很大，甚至可以鉆穿巖石。這種“表鉆結(jié)合、多點采樣”的工作模式，不僅可以提高采樣的成功率和可靠性，也使得采集的樣品種類更加豐富，為后續(xù)的科研工作提供了更多可靠的原始資料。最終，“嫦娥五號”順利采集了1731克月球樣品，將其封裝后轉(zhuǎn)移至上升器攜帶的貯存裝置中，然后帶回了地球。

我們都知道，從地球上發(fā)射航天器需要搭載火箭，那么，“嫦娥五號”是怎么從月球返回的呢？難道要在月球上發(fā)射火箭嗎？

原來，月面發(fā)射的“小火箭”就是上升器?！版隙鹞逄枴钡纳仙魃洗钶d了一臺推力3000牛的發(fā)動機(jī)，相當(dāng)于月球上的一枚微縮版運載火箭，為月面起飛提供推力。由于月球表面引力只有地球表面的六分之一，而且月球沒有大氣層，不會受到空氣阻力的影響，因此在月球表面發(fā)射探測器對推力的要求相對較低。在離開月球時，著陸器會被留在月表上，成為臨時的發(fā)射塔。上升器克服月球的引力，獲得足夠的速度進(jìn)入環(huán)月軌道后與接應(yīng)它的軌道艙和返回器進(jìn)行無人交會對接，實現(xiàn)太空中的浪漫“牽手”，并把月壤樣品轉(zhuǎn)移至返回器中。至此，上升器完成了它的使命，并與軌道艙和返回器組合體分離。

接下來，便由軌道艙攜帶著返回器返回地球。到了離地球5000千米高度時，軌道艙會與返回器分離，由返回器獨自為月壤之旅最后一段征程保駕護(hù)航。它要經(jīng)歷慣性滑行、地球大氣再入、回收著陸3個階段，才能完成最后的降落。返回器首先以第二宇宙速度，即11.2千米/秒沖向地球，在進(jìn)入地球大氣后，通過半彈道跳躍式再入返回技術(shù)重新跳出大氣層，再以更慢的速度進(jìn)入地球，完成降落。這是因為，當(dāng)返回器帶著樣品以第二宇宙速度返回地球時，它要承受高溫和過載等多重挑戰(zhàn)，而通過“跳躍式”再入返回的方式降落地面，返回器再入大氣層時，溫度、速度都會降低，從而保證它的安全。實際上，早在2014年，我國就成功完成了探月工程三期“再入返回飛行”試驗，作為“嫦娥五號”任務(wù)的開路先鋒，為其安全返回奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

在中國科學(xué)技術(shù)館“探秘‘嫦娥五號’”展品旁，還展示了由中科院地球化學(xué)研究所研制的CAS-1仿真月壤，我們可以站在球形月壤容器前觀察月壤，并通過左右滑動展臺右側(cè)的搖桿來調(diào)節(jié)電子顯微鏡，以便通過顯示屏更好地觀察月壤。

月壤存在于月球表層，是了解月殼巖石圈的組成和分布特征的絕佳樣本。作為月球固體巖石圈到太陽系空間的過渡帶，月壤暴露于宇宙射線和太陽風(fēng)中，包含著太陽系空間物質(zhì)和能量信息，有助于科學(xué)家了解太陽活動的歷史。由于它遭受過微隕石和小行星的撞擊，能夠為研究月球乃至地月系演化歷史、認(rèn)識各類行星的地質(zhì)演化過程提供參考，有利于我們進(jìn)一步完善現(xiàn)代行星科學(xué)。此外，月壤也是月球資源利用研究的重要載體。月壤中含有豐富的資源信息，包括氦-3、鈦鐵礦、克里普巖等潛在資源，可以為月球資源開發(fā)利用、月球基地選址等提供重要的科學(xué)依據(jù)。幾千年來，人們仰望著空中的月亮，不斷涌現(xiàn)對它的猜想，而這一小塊來自月球的土壤，正在科學(xué)家的顯微鏡下一層層揭開月球神秘的面紗。

“嫦娥五號”任務(wù)為我國探月工程“繞、落、回”三步走發(fā)展規(guī)劃畫上了圓滿的句號。從繞月到落月，從月背著陸到采樣返回，中國人九天攬月的腳步不斷向前。2024年5月3日，“嫦娥六號”探測器搭乘“長征五號”遙八運載火箭向月球出發(fā)，奔赴月球背面的南極-艾特肯盆地，進(jìn)行形貌探測和地質(zhì)背景勘察。6月4日，“嫦娥六號”完成世界首次月球背面采樣和起飛，來自月背的樣品即將首次降臨地球。相信在未來，我國的月球探測一定能取得更前沿、更輝煌的成就，我們也將繼續(xù)向更遠(yuǎn)的星辰大海進(jìn)發(fā)。